淺析電力系統過電壓保護

摘要：闡述了電力系統過電壓的類型和危害，并結合過電壓的類型，提出了防止過電壓的措施。

電力系統的電氣設備在運行中除了承受工作電壓外，還會遭到過電壓的作用和侵害。作用于電力系統的過電壓，按其起因及持續時間，可分為兩大類型，一種為雷電過電壓，另一種為內部過電壓。由雷電引起的雷電過電壓，或由開關操作、工頻、諧振引起的內部過電壓，從其數值上已遠遠超過工作電壓。由于過電壓的存在，它將使電力系統運行的電氣設備絕緣受損，設備壽命縮短，甚至造成停電事故，損毀電力設施，因此必須采取各種措施來限制和預防過電壓。

一、雷電過電壓

分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓。直擊雷過電壓由雷電流通過被擊物在阻抗上產生的壓降和兼有雷電通道的電磁場的感應電壓共同組成，其幅值極高;感應雷過電壓是在輸電線路附近地面遭到雷擊時，由電場和電磁場的劇烈變化形成的過電壓，這種過電壓多數為正極性，波前時間約l0us，其幅值一般不大于500kv，對60kv以下的線路有擊穿的危險。

二、內部過電壓

內部過電壓是由于開關操作、故障或其它原因，使電力系統工作狀況發生變化，在過渡過程中因電磁能在系統內部發生振蕩而引起的過電壓，稱為內部過電壓。其特征見表1。

操作過電壓倍數，實際出現的操作過電壓幅值與系統最高運行相電幅值之比，稱為操作過電壓倍數k。它是隨機變量，與系統結線、容量及參數、中性點接地方式、斷路器性能、母線出現回路數以及系統運行、操作方式等有關。在系統設計中采用的操作過電壓倍數，見表2。

三、雷電過電壓保護

雷電過電壓保護是用來限制過電壓的一種重要保護措施。如避雷器就是用來限制過電壓的一種主要保護電器，它通常接于導線和大地之間，與被保護設備并聯。當過電壓值達到規定的動作電壓時，避雷器立即動作，釋放過電壓電荷，將過電壓限制在一定水平，保護設備絕緣，使電網能正常供電。

1、架空送電線路的防雷保護架空送電線路的防雷保護措施有：

(1)采用避雷線，盡量減少導線受直擊雷的次。

(2)減少避雷線的接地電阻或適當加強線路絕緣，以避免反擊閃絡。個別桿塔亦可使用管形避雷器保護。

(3)有時可用降低線路絕緣上的工頻平均電場強度的辦法，使發生沖擊閃絡后不致轉為穩定的電力電弧。考慮到雷擊事故中主要是單相接地，電網中性點可采用不直接接地的方式，以提高供電的可靠性。

(4)采用自動重合閘或采用雙回路(或環網)供電。

2、變電站的防雷保護在變電站，對直擊雷的保護采用避雷針或避雷線對侵入波則采用閥型避雷及進線段保護。進線段保護是指對未沿全線架設避雷線路，在離變電站1～

2km內的進線段上，裝設避雷線及管型避雷器對直擊雷進行保護，防止雷電波侵入。

3、對變壓器及電力設備防止雷電侵入波的保護對變電站內變壓器等電力設備防雷保護的基本任務是防止侵入波。除前述進線段保護外，主要采用閥型避雷器，當采用閥型避雷器進行保護時，必須注意到被保護設備上的過電壓u，由于下述一些原因，它會超過避雷器殘壓ubc的額定最大值。

(1)避雷器至被保護設備連接的電感與被保護設備絕緣的等值電容組成振蕩回路。振蕩過程中電感中感應電勢和殘壓迭加，共同作用于被保護設備。這種作用稱為“距離效應”。如考慮被保護設備上有與行波反號的工頻電壓，由于振蕩加強，u較ubc大得更多。

(2)流過避雷器的雷電流波前小于規定值(8us)時，實際殘壓將超過計算時所取的值。這種作用稱為“雷電流波形效應”。

(3)由于避雷器的接地引線及接地電阻上的壓降及避雷器老化等原因，實際殘壓可能超過額定值。因此，在被保護設備的耐受電壓和避雷器殘壓之間要留有適當的間隔。閥型避雷器與被保護設備間的最大允許距離同上述諸因素有關，除對新建高壓變電站外，一般可按過電壓保護規程所規定的數據來確定。

4、電纜線路的防雷保護電纜線路一般不會遭到直擊雷，雷電過電壓只能從連接的架空線路侵入，故需考慮對雷電侵入波的保護。電纜的波阻抗小，約為架空線的1/10，故當入侵的雷電過電壓在電纜兩端來回反射時，對短電纜有可能產生很高的過電壓，需裝設避雷器保護。避雷器有裝于電纜的始端、末端和兩端等方式。

5、架空配電網的防雷保護

對3～10kv采用鋼筋混凝土桿的線路，一般采用瓷橫擔，如采用鐵橫擔，宜用高一級絕緣水平的絕緣子，并盡量縮短切除故障時間，以減少雷擊跳閘率和斷線等事故。另外，按防止侵入波的要求，在進線上需裝設避雷器或保護間隙及短段避雷線保護措施。對3～10kv配電變壓器，應用閥型避雷器保護。也可兩相用避雷器一相用間隙保護，在同一配電網中，間隙必須裝在同一相等線上，或者三相均用間隙保護，保護裝置應盡量靠近變壓器，其接地線應與變壓器低壓側中性點或中性點擊穿保險器的接地端(對中性點不接地的電網)以及金屬外殼連在一起接地。

更多好文：21ic智能電網